Усилитель времяимпульсных сигналов

Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 09,1.1970 ( 1,392819/18-24 1 ПК Н 03 с 5 0 Приоритет омитет по двл изобрвтеиий и открыти при Совете Мииистоов СССРь25 ДК 621.375.4(088.8) публиковано 19 М 1.1971, Бюллет ата опубликования описания 12.Х второбретени,В, А. Добрь Заявитель краинский заочный политехнический инсти УСИЛ ИТЕЛ Ь ЯИМПУЛЬСНЫХ СИ относится к облальной техники, в азованию сигнаорме.5 рисоединением заявкиПредлагаемое устройство сти автоматики и вычислит частности линейному преоб лов во времяимпульсной Известны усилители различных электрических величин (напряжения, тока, мощности, часготы импульсов и т, д.), а также преобразователи этих величин в интервалы времени и обратно, содержащие генератор импульсов 1 и делитель частоты, подключенные через ключи к реверсивному счетчику, логические элементы И, ИЛИ, НЕ, элемент задержки и формирователь, позволяющие реализовать усиление сигнала, заданного интервалом 1 времени, путем преобразования его, например в напряжение, с последующим усилением при помощи усилителя напряжения и обратным преобразованием усиленного сигнала в интервал времени. Однако схемы, реализующие 2 эту последовательность действий, громоздки, имеют недостаточную точность и невысокий коэффициент с узким диапазоном регулирования, нестабильны из-за наличия большого числа аналоговых элементов, подверженных 2 дрейфу, чувствительны к различным помехам, а также вносят запаздывание выходного сигнала относительно входного и не позволяют одновременно получать результат в цифровой форме. 3 Для устранения перечисленных недостатков в предлагаемом устройстве введены дополнительно реверсивный счетчик и триггер, счетный вход которого через первый и второй ключи соответственно подключен к первому входу элемента НЕ и входа,м сброса первого и второго реверсинных счетчиков, нулевой выход - к управляющему входу первого ключа и к первым входам первого, второго и третьего элементов И, а единичный выход к управляющим входам третьего и четвертого ключей. Выход генератора импульсов через третий ключ соединен с суммирующим входом первого реверсивного счетчика и непосредственно - со входом делителя частоты, выход которого через четвертый и пятый ключи подсоединен соответственно к суммирующему и вычитающему входам второго реверсивного счетчика, а через шестой ключ - к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход этого элемента через элемент задержки соединен с выходом пятого ключа, а выход - с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, разрядные выходы которого через второй логический элемент ИЛИ соединены со вторыми входами первого и второго элементов И, а через формирователь импульсов - со вторым входом логического элемента НЕ, Разрядные выходы второго счетчика через третий элемент ИЛИ(2) 65 соединены со вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к управляющему входу пятого ключаа управляющие входы второго и шестого ключей соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И.На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - его характеристика т=1(тг); на фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая, работу устройства.Подлежащий усилению входной сигнал (интервал времени т,) подается на входную шину устройства, соединенную со счетным входом триггера 1 и рабочим входом ключа 2. (Способ задания т не имеет принципиального значения и всегда может быть приведен к принятому). Ключ 2, как и все остальные ключи схемы, является нормально закрытым и пропускает на выход импульсы, поступающие на его рабочий вход, только при поддержа.- нии на его управляющем входе высокого потенциала. Выход ключа 2 соединен с первым входом логического элемента неравнозначности НЕ 3, выход которого является выходом всего устройства, Нулевой выход триггера 1 соединен с управляющим входом ключа 2 и с первыми входами логических элементов И 4 и 5, а единичный выход - с управляющими входами ключей 6 и 7.Выход генератора импульсов 8 соединен с рабочим входом ключа б и входом делителя частоты 9, выход которого соединен с рабочими входами ключей 7, 10, 11.Суммирующий вход первого реверсивного счетчика 12 соединен с выходом ключа 6, а вычитающий - с выходом логического элемента ИЛИ 13, первый вход которого соединен с выходом ключа 11, а второй через элемент задержки импульсов 14 - с выходом ключа, 10. Разрядовые выходы счетчика 12 соединены со входами третьего логического элемента ИЛИ 15, выход которого через формирователь импульсов 16 соединен со вторым входом логического элемента неравнозначности 3 и непосредственно - со вторым входом логического элемента И 4, выход которого соединен с управляющим входом ключа 11,Суммирующий вход второго реверсивного счетчика 17 соединен с выходом ключа 7, а вычитающий - с выходом ключа 10, управляющий вход которого соединен с выходом логического элемента И 5. Разрядовые выходы реверсивного счетчика 17 соединены со входами четвертого логического элемента ИЛИ 18 выход которого соединен со вторым входом логического элемента И 5,Входная шина устройсава соединена также через ключ 19 со входами сброса (установки в нулевое исходное состояние) счетчиков 12 и 17. Управляющий вход ключа 19 соединен с выходом логического элемента, И 20, один вход которого соединен с выходом элемента 15, а второй - с нулевым выходом триггера 1. Элементы 19 и 20 не участвуют в работе 4схемы на линейном участке характеристики т 2 = (т) (см. фиг, 2) и нужны только для установки схемы в исходное состояние перед началом каждого интервала т при работе усилителя,времяимпульсных сигналов в режиме ограничения (насыщения).Схема работает следующим образом, В исходном состоянии реверсивные счетчики 12 и 17 и триггер 1 находятся в нулевом состоянии. При этом высокий потенциал поддерживается на нулевой (верхней) выходной шине триггера, так как ключ 2 открыт. Логические элементы ИЛИ 15 и 18 построены таким образом, что высокий, потенциал на их выходных шинах отсутствует только когда счетчики 12 и 17 находятся соответственно в нулевом состоянии, Следовательно, в исходном состоянии выходы логических элементов 4, 5 и 20 имеют низкий потенциал, благодаря чему ключи 10, 11 и 19 закрыты. Ключи 6 и 7 также закрыты (триггер 1 находится в нулевом состоянии). Таким образом, хотя на входы ключа 6 с выхода генератора 8 непрерывно поступают импульсы высокой частоты , а на. входы ключей 7, 10 и 11 - импульсы частоты с выхода делителя частоты 9, счетчики 12 и 17 от них отключены и остаются в нулевом состоя,нии.Пусть теперь на входную шину устройства поступает короткий импульс, фиксирующий начало временного интервала ть подлежащего усилению. Этот импульс через открытый ключ 2 и логический элемент неравнозначности 3 поступит на выходную шину устройства, фиксируя тем самым начало отсчета усиленного сигнала т, и переведет триггер 1 в единичное состояние, т, е. высокий потенциал установится на его единичной (нижней) выходной шине, благодаря чему ключи 6 и 7 откроются.С этого момента на суммирующий вход счетчика 12 через ключ 6 начнут поступать импульсы частоты , а на суммирующий вход счетчика 17 через ключ 7 - импульсы частоты . Ключи 10, 11 и 19 по-прежнему закрыты, поскольку, хотя с момента поступления на счетчики 12 и 17 первых импульсов устанавливается высокий потенциал на выходах логических элементов ИЛИ 15 и 18, еще до этого с первых входов логических элементов И 4, 5 и 20 снимается высокий потенциал (так как триггер 1 переходит в единичное состояние), т, е, высокий потенциал на их выходах по-прежнему отсутствует.Нетрудно видеть, что за время т на счетчике 12 будет зафиксировано число импуль- сов а на счетчике 17 - число импульсов32375 60б 5 5Второй импульс, поступающий на входную шину устройства и свидетельствующий об окончании времени т, не проходит через открытые ключи 2 и 19, возвращая лишь триггер 1 в нулевое исходное состояние. Благодаря этому высокий потенциал оказывается поданным также и на вторые входы логических элементов И 4, 5 и 20, т. е. откроются ключи 10, 11 и 19. На вычитающий вход счетчика 12 при этом начинают поступать импульсы с выхода делителя 9 (с частотой ) - через ключ 11 и логический элемент ИЛИ 13, а также эти же импульсы, задержанные на некоторое время о - через ключ 10, элемент задержки 14 и элемент 13. Именно элемент задержки 14 и обусловливает сдвиг во времени на, величину о импульсов на разных входах элемента 13. Одновременно импульсы с выхода делителя частоты 9 начинают поступать через ключ 10 на вычитающий вход счетчика 17.При К ) 2 (а, случай К ( 2 не представляет практического интереса) первым достигнет исходного нулевого состояния счетчик 17. Это можно видеть, хотя бы из того, что для возврата в нуль счетчика 12 необходимо подать,на его вычитающий вход У, импульсов. Через ключ 11 за время тл = т - т (здесь тг = Кт) поступит число импульсов%=т ЦК,откуда с учетом (1) и (2) получаем У, (Уз, если К) 2.Как только счетчик 17 возвратится в исходное состояние, вымокнй потенциал с выхода логического элемента 18 будет снят, и, следовательно, закроется ключ 10, прекращая поступление импульсов на счетчик 17, остающийся в нулевом состоянии, и на второй вход логического элемента ИЛИ 13. На вычитающий вход счетчика 12 продолжают поступать импульсы через ключ 11 до тех пор, пока счетчик 12 также не возвратится в исходное нулевое состояние. Тогда высокий потенциал с выхода элемента 15 снимается, благодаря чему исчезает высокий потенциал на выходах логических элементов И 4 и 20, т. е. ключи б и 19 закрываются.В момент скачкообразного перехода на низкий уровень потенциала выхода элемента 15 элемент 1 б формирует короткий импульс, проходящий через элемент неравнозначности 3 на выходную шину устройства.Интервал времени между импульсами на выходе элемента 3 составит1т 2 - т + (т 17 - т 2) = КтзУ 2 причем схема вновь будет находиться в исходном состоянии.Если интервал тг оказывается больше времени такта Т времяимпульсного представления сигнала т (т. е. несмотря на условие т ( Т, получаем при большом коэффициенте усиления тК ) Т), усилитель времяим 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пульсных сигналов входит в режим ограничения (см. фиг. 2 и фиг, 3),В этом случае схема работает идентичнопредыдущему, но к моменту окончания очередного периода Т по крайней мере счетчик12 не успевает возвратиться в исходное состояние. Чтобы установить устройство в исходное состояние (это необходимо делать доначала очередного интервала т, так как вэтом периоде Т может оказаться уже тК(Ти схема усилителя должна в этом же тактевыдавать правильный результат), используется входной импульс, обозначающий начало отсчета очередного интервала т, Этот импульсв случае, если триггер 1 находится в нулевомсостоянии, а счетчик 12 - не в нулевом, т. е.если схема нуждается в принудительной установке в исходное состояние ввиду того, чтотК) Т, проходит через открытый сигналомс выхода логического элемента И 20 ключ19 на входы, сброса счетчиков 12 и 17, такчто к моменту открывания ключей б и 7 счетчики оказываются в нулевом состоянии (триггер 1 должен иметь меньшее быстродействие,чем триггеры счетчиков, иначе потребуетсявведение дополнительных элементов задержки импульсов). Импульсы на выходе логиче.ского элемента неравнозначности 3 не появляются, начиная с импульса, после которогоусилитель входит в режим ограничения, поскольку в этом режиме импульсы проходятна оба его входа практически одновременнои гасят друг друга (см, фиг. 3).Содержимое счетчиков 12 и 17 в моментокончания т представляет в цифровой форме(в масштабах, отличающихся в К раз) входной времяимпульсный, сигнал и может бытьиспользовано для ввода в цифровую часть системы, использующей предлагаемое устройство (например, для запоминания, для периодической регистрации сигнала в десятичнойсистеме счисления и т, д,).В качестве делителя частоты может бытьиспользован, например триггерный. При этомкоэффициент деления легко регулировать, меняя коэффициент деления частоты.Если взять, например,= 10 лги, то порогчувствительности усилителя оказывается равным О,1 лгксек, а дискретность выходногосигнала 6=10 лксек, что недостижимо приусилении (принято К = 100) другими методами. Следует также отметить высокую помехоустойчивость схемы, отсутствие опасности возбуждения, независимость работы отвнешних факторов, простоту ее изготовленияи обслуживания. Пред м е т изобретения Усилитель времяимпульсных сигналов, содержащий генератор импульсов и делитель тастоты, подключенные через ключи к реверсивному счетчику, логические элементы И, ИЛИ, НЕ, элемент задержки и формиро ватель, отличающийся тем, что, с целью повы.щения точности, быстродействия, помехоустойчивости работы, он дополнительно содержит реверсивный счетчик и триггер, счетный вход которого через первый и второй ключи соответственно подключен к первому входу элемента НЕ и входам сброса первого и второго реверсивного счетчика, нулевой выход - к управляющему входу первого ключа и к первым входам первого, второго и третьего элементов И, а единичный выход, - к управляющим:входам третьего и четвертого ключей, причем выход генератора импульсов через третий ключ соединен с суммирующим входом первого реверсивного счетчика и непосредственно - со входом делителя частоты выход которого через четвертый, и пятый ключи подключен соответственно к суммирующему и вычитающему входам второго реверсивного счетчика, а через шестой ключ - к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом пятого ключа, а выход - 5 с вычитающим входом первого реверсивногосчетчика, разрядные выходы которого через второй логический элемент ИЛИ соединены со вторыми входами первого и второго элементов И, а через формирователь импуль сов - со вторым входом логического элемента НЕ, при этом разрядные выходы второго реверсивного счетчика через третий элемент ИЛИ соединены со вторым входом третьего элемента И, выход которого под ключен к управляющему входу пятого ключа,а управляющие входы второго и шестого ключей соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И.Составитель В, А. Чистоведактор Р. А. Киселева Техред Л, Л, Евдонов Корректор Е Н ЗиминаЗаказ 2760/12 Изд.1139 Тираж 473 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 45ографпя, пр. Сапунова, 2